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全钒液流电池的离子交换膜制备研究

全钒液流电池的离子交换膜制备研究
全钒液流电池的离子交换膜制备研究

全钒液流电池的离子交换膜制备研究

龙飞 汪钱 陈金庆 范永生 徐冬清 王保国

(清华大学化学工程系 北京 100084)

摘要:全钒液流电池(Vanadium Redox battery, VRB)是一种新型电化学蓄电储能装置,通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放,是众多化学电源中唯一使用同种元素组成的电池系统。

离子交换膜是全钒液流电池的关键功能材料之一,它不仅把不同价态的钒离子隔绝在离子交换膜两侧,还要保证氢离子在膜中自由通过,提高膜材料电导率,降低电池内阻。与此同时,离子交换膜需要具备良好的化学稳定性、耐电化学氧化特性,保证材料的使用寿命。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料主体,对其进行化学改性,接枝丙烯基磺酸钠以及甲基丙烯磺酸钠等含有强极性的磺酸基官能团,形成具有离子交换能力的高分子材料。利用质子置换反应以取代高分子中可迁移的钠离子,获得良好的电导率并具有很好的阻钒功能。实验结果表明当化学改性条件和置换反应时间适当的时候膜的电导率最高能达到6*10-3s/cm以及较低的钒离子渗透率,具有很好的应用前景。

关键词:VRB 离子交换膜 PVDF 接枝

序言

目前对PVDF进行改性处理的方法主要有:辐射法[1-4]、等离子改性[5]、共混改性、化学改性[6]等。其中辐射法和等离子改性以其操作简单、接枝物纯净并且接枝率可控等优点引起了很多科研工作者的兴趣;但同时这两种方法对于实验设备有较高的需求,而且其产品不适合大规模应用。共混改性由于是靠物理作用而非化学键将目标集团固定在PVDF基膜上,其制得的膜的各项性能都具有不稳定性,限制了其应用。本实验就采用了化学改性对PVDF进行改性,将甲基丙烯磺酸钠以及丙烯酸磺酸钠接枝于PVDF链上,讨论了化学改性条件对于接枝率的影响;接枝率对于膜电导率的影响;接枝率对钒离子渗透的影响;最后将制得的膜应用于全钒液流电池,取得了不错的效果。

1实验部分

1.1 主要原料和试剂

聚偏二氟乙烯(PVDF,904-1,上海三爱富新材料有限公司),N,N-二甲基甲酰胺(AR,北京化工厂,简称DMF),丙烯酸(AR,北京益利精细化学品有限公司,简称AA),过氧化苯甲酰(AR,北京化学试剂厂),四丁基溴化铵(AR,北京高环科贸有限公司,简称TBAB),甲基丙烯磺酸钠(AR,淄博市淄川耀东化工有限公司,简称SMAS),烯丙基磺酸钠(AR,淄

博市淄川耀东化工有限公司,简称SA),四氢呋喃(AR,北京化学试剂厂)

1.2 主要仪器

电子天平(AR11401C),天平(北京医用天平厂 HC-TP11B-5),精密电动搅拌器(金 坛市宏华仪器厂 JJ-1) ,雷池电导率仪(上海精科 DDS-307A),电热恒温鼓风干燥箱(上海浦东荣丰科学仪器有限公司 DHG-9070A),磁力搅拌器(Heidolph MR1000),超级数码恒温器(重庆田达实验仪器厂 CS501-SP),红外光谱仪(美国Nicolet公司生产的IR560型FTIR-ATR),分光分度计(上海精密科学仪器有限公司 722s),HZS-H水浴振荡器(哈尔滨市东联电子技术开发有限公司)

1.3 膜的制备

取20gPVDF粉末溶解于120ml的DMF中,搅拌4小时至均匀为止,然后真空脱泡5 小时,玻璃板上刮膜,放置在干燥箱中让溶剂挥发成膜,然后将膜分割成5*5cm的小膜以待实验用。然后分别采用化学改性法制备PVDF-g-AA,PVDF-g-AA-SMAS以及PVDF-g-AA-SA。

1.4 膜的性能测定

接枝率的测定:膜接枝前的质量为m0(g),接枝AA后的质量为m1,接枝AA+SMAS后质 量为m2,接枝AA+SA后质量为m3.

AA的接枝率计算公式为:G A=(m1-m0)/m0*100%。

AA+SMAS的总接枝率G ASM以及AA+SA后膜的总接枝率G AS计算公式分别为:

G ASM=(m2-m1)/m0*100%;

G AS=(m3-m1)/m0*100%;

而其中磺酸根地接枝率可以采用下面的方法得到:把接枝后的膜放入2mol/L 的H2SO4溶液中浸泡24h,使-SO3Na 转化-SO3H,膜取出后用去离子水反复清洗之,至清洗液呈中性,然后将单个样品分别浸入盛有5% NaCl溶液的锥形烧瓶中,搅拌状态下浸泡12h 取出接枝膜,用NaOH 标准溶液滴定置换出来的H+。SMAS的接枝率计算公式为:

G SM=V(NaOH)×C(NaOH)×M(SAMS)/m0*100%;

G SA=V(NaOH)×C(NaOH)×M(SA)/m0*100%;

其中V(NaOH)-滴定时消耗的NaOH 标准溶液体积(L);CNaOH-NaOH 标准溶液浓

度 (mol/L);M(SMAS)-SMAS 的分子量;M(SA)-SA的分子量。

电导率的测定:用电导率仪测出膜的电导率,再乘上电导池系数得到膜的真实电导率。

钒离子渗透性能的测定:

2 结果与讨论

2.1 丙烯酸接枝率对电导率的影响

还需要数据,实验正在进行中

2.3 甲基丙烯磺酸钠和丙烯酸磺酸钠对电导率的影响

还需要数据,实验正在进行中

2.4接枝膜结构表征

还需要数据,实验正在进行中

3 VRB电池性能测定

还需要数据,实验正在进行中

4 结论

References:

[1] Nasef M M, Zubir N A, Ismail A F, et al. PSSA pore-filled PVDF membranes by simultaneous electron beam

irradiation: Preparation and transport characteristics of protons and methanol[J]. Journal of Membrane Science.

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[6] 孙娓荣. 全钒液流电池质子交换膜研究[D]. 清华大学, 2007.

[7] 俎建华,胡志强,顾建忠,周瑞敏,张剑秋,刘新文,童龙. 聚全氟乙丙膜电子束引发预辐射接枝AA

和SSS制备阳离子交换膜的研究[J]. 离子交换与吸附. 2007, 23(1): 48-54.

全钒液流电池的储能征程

全钒液流电池的储能征程 全球能源转型背景下,可再生能源发电规模一直在增大,与此同时,加剧了电力系统输送消纳可再生能源的压力。储能作为一种工具,具有能量时空转移的功能,可以有效调节电力系统的供需平衡,电池储能技术配置灵活,可在电力系统的不同应用场景发挥不同作用。其中全钒液流电池在特定场景下具备竞争力。 数据来源:中投产业研究院 我国全钒液流电池领域技术和应用一直在积极研究和探索中,已运行项目成效显著。截至2019年6月底,中国电池储能装机1160.8MW,其中,液流电池19.5 MW。全钒液流电池在整个电化学储能技术中的占比还是比较小。整个产业还没有规模化,尚处于市场化发展前期,目前基本技术趋于成熟,但由于行业内企业及企业体量均有限,项目开发能力较弱,行业发展主要靠政府项目推动,以少数项目推进为主,以销定产的特征明显,所以当下行业核心任务是通过供应链优化和项目规模升级降成本。 竞争力 与传统的铅蓄电池、锂离子电池相比,全钒液流电池在安全性、循环寿命和系统残值(资源循环利用)等方面具有突出优势,尤其适合应用在固定式大容量储能领域。

除上表所述外,全钒液流电池储能技术,还具有规模大、效率高、选址自由等特点,可以实现从千瓦级到兆瓦级灵活地配置,快速地扩建。而关于钒资源的储量上,我国是钒的储量大国和最大生产国,钒资源也不是稀有的,也没有地理上的限制,资源供应充足。 基于以上等特点决定了全钒液流技术在对电池安全性要求高的场景更有竞争力,成为大容量高效储能技术的首选技术之一,例如大型储能电站。 全钒液流电池最大的劣势是能量密度低于锂电池;且初次投资比锂电池高。储能系统成本的核心参数是:一次性投资成本和全寿命周期度电成本,在具有特定收益模式的应用场景下,一次性投资成本越低,投资回报期越短,全寿命周期度电成本越低,利润空间越大。业内相关专家表示,“全钒液流电池虽然初次投资较锂电池高,但寿命周期内的循环度电成本具备竞争性。另外,其电解液性能衰减较慢,通过在线或离线再生后可循环使用,且电解液中钒的价值永远存在,其寿命原理上讲是半永久性的,因此从电池制造、使用到报废后电池系统的无害化处理,从在整个生命周期来看,它的成本其实并不高。且可以衍生出灵活的金融租赁模式,来降低客户的初次投资,目前业内已经开始进行尝试”。 商业化挑战 我国全钒液流电池发展较快,技术较为成熟,但产业链还没有成熟,成本下降空间巨大。目前其面临的商业化挑战是:1、成本需要进一步的突破;2、商业模式亟待创新;3、相关标准体系研究滞后。尤其近几年钒价上涨太快,导致全钒液流电池竞争力下降,全钒液流电池储能示范工程规划也断断续续,大型全钒

全钒液流电池离子交换膜的研究进展_陈栋阳

第25卷第4期高分子材料科学与工程 Vol .25,No .4 2009年4月 POLYMER MA TERIALS SCIENCE AND ENGINEERING Apr .2009 全钒液流电池离子交换膜的研究进展 陈栋阳,王拴紧,肖 敏,孟跃中 (光电材料与技术国家重点实验室,中山大学光电及功能复合材料研究院,中山大学物理科学 与工程技术学院,广东广州510275) 摘要:液流电池离子交换膜的主要作用是物理分隔正负极电解液同时又允许载电荷的离子的通过以实现完整的电流回路。全钒液流电池的电解液具有强的氧化性,且易于渗透而引起电池容量的降低,决定了其离子交换膜应具有独特的结构与性能。文中对近年来用于全钒液流电池的离子交换膜做了比较全面的归纳与分析,并对质子传导机理与膜的基本性能指标进行了阐述。 关键词:离子交换膜;全钒液流电池;质子传导机理;膜结构 中图分类号:T B383 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2009)04-0167-03 收稿日期:2008-02-23 基金项目:广东省科技计划项目(20062060303)和广州市科技攻关项目(034j2001)通讯联系人:王拴紧,主要从事功能高分子材料的研究, E -mail :w angshj @mail .sysu .edu .cn 全钒液流电池是一种新型的液流电池体系,它是 由钒元素的四个不同价态组成的电解液构成氧化还原电对,储存于两旁的储液罐中,再通过两个泵的推力,在离子交换膜的两边分别循环流动,由离子导电来完成电流回路的特殊的电池储能系统。其结构如Fig .1所示 。 Fig .1 Constructional illustration of all -vanadium flow battery 它除了具备一般液流电池的典型优点,如不存在浓差极化、可深度放电和瞬时充电、额定功率和额定能量相互独立以及充放电电压可随意调节等外,还具备如下优点:(1)因为正负极电解液都是钒离子的电解液,无交叉污染问题;(2)电池维护简单,只需定期将两边的电解液相互混合,平衡里面的离子浓度,再进 行充电,即可使容量完全恢复;(3)把我国的钒矿资源 变成能源材料,对经济的发展具有重要的战略意义。 最早发现钒可作为氧化还原液流电池的电解质的是美国航空航天局(NASA )(1974年),之后澳大利亚New South Wales 大学的Sum E 等人于1985年研究了各价态钒在石墨电极上的电化学行为,次年,该大学的Skyllas -Kazacos M [1]由V 5+/V 4+和V 2+/V 3+组成一个性能良好的静止型钒氧化还原单电池,从此,全钒液流电池得到了很大的发展[2~5]。 作为一种新型的储能装置,全钒液流电池可用于电网的昼夜调峰和太阳能与风能发电站的蓄电,且在军事上也有重要的地位。多个单电池可以串联成电压可调的电堆,多个电堆又可并联成电流可调的配电系统。可见,通过简单的设计就可以满足不同的用电需求。而系统对于充电电流的大小并无要求,使得该氧化还原液流电池蓄电的应用领域更为广阔。该电池所 发生的电化学反应如下 : 1 膜的性能指标

全钒液流电池国内外发展状况及展望

全钒液流电池国外发展状况及展望 1、国外研发和应用现状 有关钒电池的应用研究主要集中在储能领域。国外研发机构投入大量的资金,进行长达数十年的深入研究,并相继在泰国、日本、美国、南非等地建成了KW-MW级的钒电池储能系统,用于电站调峰,并给边远地区供电。目前,国外多家卓有成效的研发和应用机构进行着钒电池研发,并已步入商业化阶段。 1.1澳大利亚 钒液流电池的研发工作最早始于1984年,由澳大利亚新南威尔士大学M Sya llas-K azacos提出。1986年,钒液流电池体系获得专利。之后,对钒液流电池的相关材料,如隔膜、导电聚合物电极、石墨毡等进行了研究,并取得了多项专利。 1994年,钒液流电池用在高尔夫车上,4kWh钒液流电池在潜艇上作为备用电源。1997年UNSW 将专利权转售给澳大利亚Pinnacle矿业公司,新南威尔士大学停止了V2+/V3+电对和V4+/V5+电对在硫酸体系类型的钒电池研究。Pinnacle 公司又于1999年将在日本和非洲大陆的专利许可分别授予了日本住友公司和加拿大Vanteck公司。 1.2普能国际—加拿大VRB能源系统公司 其前身为加拿大Vanteck技术公司,2001年10月通过

控股Pinnacle公司,从而拥有钒电池核心技术,2002年改名为VRB能源系统公司(VRB Power Systerms),从事钒电池技术的开发和转让。2008年11月,VRB能源公司因为财务问题和经济危机,停止了其所有业务。2009年普能公司收购了VRB能源公司,成立普能国际。 1.3泰国 Cellennium(泰国)是一家致力于钒电池开发的公司,其钒电池单电池开路电压从1.1V—1.6V,电池堆垂直放置并采用独有的溶液串联结构设计,优点表现在:基本消除旁路电流;由于易于检测堵塞和电解水可迅速被阻止因而非常安全;电解液流速和泵功率比溶液并联结构小因而系统效率高。另外,该公司电解液制备也很有特点:可持续生产,成本低。 1.4日本 目前,日本已建立了15座液流储能电池电站,并向意大利和南非出口了两座全钒液流储能电池系统。 1.4.1住友电工 住友电工与K ansa i E lectr ic Power公司自1985年开始合作开发钒液流电池。1989年,住友电工的电站调峰用60kW 级钒液流电池建成,运行5年,循环1819次。1991~ 1994年研制成功60kW电堆,电堆运行5年,循环周期达1819次。目前,住友电工的20kW实验室钒液流电池电堆已循环16000次,除了电池隔膜的寿命有限,其他组件包括电解液,

9_已阅_全钒液流电池储能进展与应用

中国储能网讯:作为解决可再生能源大规模接入、传统电力系统削峰填谷、分布式区域能源系统负荷平衡的关键支撑技术,大容量储能技术已成为世界未来能源技术创新的制高点。由于产业链长、产业规模大,储能产业已成为战略性新兴产业,得到了工业发达国家产业界的重点关注。 h! 卧牛石风电场液激电利储能顶目现场 2016年4月1日国家能源局颁布的《2016年能源工作指导意见》中明确提出“加快全钒液流电池”等领域技术定型。这些无疑为全钒液流电池储能技术的研究 对于大规模储能技术而言,由于系统功率和容量大,有其自身的技术要求,主 要包括以下三个方面:安全性好;生命周期的性价比高(生命周期的经济性好);生命周期的环境负荷小(生命周期的环境友好)。全钒液流电池储能技术能很好地满足上述要求。

由于受钒离子溶解度的限制,和其他电池相比,全钒液流电池储能密度偏低、体积较大,不适合于动力电池,适合用于大型固定储能电站。另外,电池系统增加的管道、泵、阀、换热器等辅助部件,使得全钒液流电池储能系统较为复杂。 总体看,在输出功率为数百千瓦至数百兆瓦,储能容量在3小时以上级的大规模化固定储能场合,全液流电池储能技术具有明显的优势,是大规模高效储能技术

的首选技术之一。 从2000年开始,中科院大连化学物理研究所(下称:大连化物所)和大连融科储能技术发展有限公司(下称:融科储能)通过产学研合作,在电池材料、部件、系统集成及工程应用方面关键技术方面取得重大突破,引领中国全钒液流电池储能技术走在世界前列。 1.掌握了电池关键材料核心技术与产业化生产能力,产品性价比优势明显 在钒电解液开发方面,研发团队以自主生产的高纯钒氧化物为原料, 运用专利技术工艺,实现了硫酸体系钒电解液产品、混合酸体系钒电解液产品的规模化生产。目前产能达5万立方米/年,能够满足本项目及国内外市场需求,已经出口欧、美、日等发达国家,占据同类产品80% 的市场份额。 在双极板开发方面,研发团队突破了液流电池用高性能、低成本碳塑复合双极板批量化制备技术,并研制出连续成型生产设备,已经实现批量化生产广泛应用于工程项目中。 在离子传导膜开发方面,突破传统的“离子交换传递”机理的束缚,原创性提出了不含离子交换基团的“离子筛分传导”概念,发明了高选择性、高导电性、低成本的非氟多孔离子传导膜,从分子尺度上实现了对钒离子和氢离子的筛分,摆脱了对离子交换基团的依赖,提高了非氟膜的稳定性和耐久性。经10,000多次充放电循环考核,电池性能无明显衰减,电池性能优于全氟磺酸离子交换膜,价格不到全氟磺酸离子交换膜的20%,并实现中试生产和示范应用。

全钒氧化还原液流电池

一种环保化学储能电池—全钒氧化还原液流电池 班级:应化113班姓名:胡磊学号:12110019摘要:简要介绍了全钒氧化还原液流电池的工作原理,并对钒电池的组成及其电解液的制备方法和钒电池的分类及市场前景进行了简明 叙述。列举了钒电池在国外的商业化情况,并简要分析了国内外钒电池的发展过程和研究现状。中国风能、太阳能等可再生资源储量丰富,对环境友好的大容量存储电池需求迫切,因此认为近几年中国全钒氧化还原液流电池具有良好的发展前景,这将会极大促进中国钒资源的开发。 关键词:钒电池发展前景研究现状 一.概述 由于环保压力和能源危机,传统能源正在向可再生能源转换,我国已建设了多个阳光发电站和风力发电站。但是无论是太阳能还是风能,均需要性能良的储能电池与之配套。在电量富余时用电池将电能储存起来,待电力缺乏时用电池并网发电以满足没有太阳光没有风时的缺电情况。目前,常用铅酸电池,但这种电池能量密度低、寿命短、成本高、反复重放后容量迅速减少。因此,研究和开发价廉、高效率的储能系统是十分必要的。?1钒氧化还原液流电池是一种新型无污染化学电源,为液流电池没有固态反应,不发生物质结构的改变,且价格便宜,我国钒资源丰富,开发钒电池液可以缓解能源紧张状况。[1] 1.钒电池概况 1.1钒电池的工作原理及应用特点

1.1.1工作原理 全钒氧化还原液流电池是将化学能和电能相互转换。化学能存储于不同阶态的钒离子中,电解质溶液为钒离子硫酸电解液,电解液通过泵从两个独立的塑料存储罐中流入两个半电池组单元,采用一个质子交换膜(PEM)作为电池组的隔膜,电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应,通过双电极板收集和传导电流。这个反应过程可以逆反进行,对电池进行充电、放电和再充电。 从上图可以看出,全钒氧化还原液流电池包括两个具有不同氧化状态钒离子的电解液存储罐,分别是正极V(Ⅳ)/V(Ⅴ)和负极V (Ⅱ)/V(Ⅲ)氧化还原电极对。电解液由泵在存储罐和电堆之间循环输送。钒电池充电后,正极为V5+,负极为V2+“,放电时V5+得电子变为V4+“,V2+失去电子变成V3+,放完电后,正负极分别为V4+和V3+溶液,正极和负极之间由隔膜隔开。该隔膜只允许H+通过,H+也就起到了电池内部导电的作用。

全钒液流电池国内外发展状况和展望

全钒液流电池国内外发展状况及展望 1、国内外研发和应用现状 有关钒电池的应用研究主要集中在储能领域。国外研发机构投入大量的资金,进行长达数十年的深入研究,并相继在泰国、日本、美国、南非等地建成了KW-MW级的钒电池储能系统,用于电站调峰,并给边远地区供电。目前,国内外多家卓有成效的研发和应用机构进行着钒电池研发,并已步入商业化阶段。 1.1澳大利亚 钒液流电池的研发工作最早始于1984年,由澳大利亚新南威尔士大学M Sya llas-K azacos提出。1986年,钒液流电池体系获得专利。之后,对钒液流电池的相关材料,如隔膜、导电聚合物电极、石墨毡等进行了研究,并取得了多项专利。 1994年,钒液流电池用在高尔夫车上,4kWh钒液流电池在潜艇上作为备用电源。1997年UNSW 将专利权转售给澳大利亚Pinnacle矿业公司,新南威尔士大学停止了V2+/V3+电对和V4+/V5+电对在硫酸体系类型的钒电池研究。Pinnacle 公司又于1999年将在日本和非洲大陆的专利许可分别授予了日本住友公司和加拿大Vanteck公司。 1.2普能国际—加拿大VRB能源系统公司 其前身为加拿大Vanteck技术公司,2001年10月通过

控股Pinnacle公司,从而拥有钒电池核心技术,2002年改名为VRB能源系统公司(VRB Power Systerms),从事钒电池技术的开发和转让。2008年11月,VRB能源公司因为财务问题和经济危机,停止了其所有业务。2009年北京普能公司收购了VRB能源公司,成立普能国际。 1.3泰国 Cellennium(泰国)有限公司是一家致力于钒电池开发的 公司,其钒电池单电池开路电压从1.1V—1.6V,电池堆垂直放置并采用独有的溶液串联结构设计,优点表现在:基本消除旁路电流;由于易于检测堵塞和电解水可迅速被阻止因而非常安全;电解液流速和泵功率比溶液并联结构小因而系统效率高。另外,该公司电解液制备也很有特点:可持续生产,成本低。 1.4日本 目前,日本已建立了15座液流储能电池电站,并向意大利和南非出口了两座全钒液流储能电池系统。 1.4.1住友电工 住友电工与K ansa i E lectr ic Power公司自1985年开始合作开发钒液流电池。1989年,住友电工的电站调峰用60kW 级钒液流电池建成,运行5年,循环1819次。1991~ 1994年研制成功60kW电堆,电堆运行5年,循环周期达1819次。目前,住友电工的20kW实验室钒液流电池电堆已循环

全钒液流储能电池VRB

全钒液流储能电池VRB 全钒液流电池(vanadium redox batty,简称VRB)是一种新型清洁能源存储装置,其研究始于20世纪80年代的澳大利亚新南威尔士大学。在美国、日本、澳大利亚等国家有应用验证,鉴于钒电池具有功率大、寿命长、可靠性高、操作和维修费用少、支持频繁大电流充放电等明显技术优势。被认为是太阳能、风能发电装置配套储能设备、电动汽车供电、应急电源系统、电站储能调峰、再生能源并网发电、城市电网储能、远程供电、UPS系统等领域的优先选择。 一、工作原理 全钒液流电池是一种新型储能和高效转化装置,将不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质,分别储存在各自的电解液储罐中,通过外接泵把电解液泵入电池堆体内,使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动,采用离子交换膜作为电池组的隔膜,电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应,通过双电极板收集和传导电流,使储存在溶液中的化学能转换成电能。这个可逆的反应过程使钒电池可顺利完成充电、放电和再充电。钒电池的工作原理请见下图。 二、钒电池技术 钒电池技术中主要包括:电堆技术、电解液技术、系统集成技术 1).电堆技术 (1).膜 膜可以说是钒电池核心中的核心,它基本决定了钒电池的寿命、效率。 钒电池使用的膜,并不限制一定使用某种膜,关键是使用的膜一是耐腐蚀,

就是寿命;二是离子交换能力要足够好,就是电池效率;三是一致性要好。 (2).电极材料 目前钒电池的电极材料主要有石墨毡和碳毡两类。 石墨毡烧制温度高、石墨化程度高;碳毡烧制温度低一些、石墨化程度相对低。两者导电性能不同,价格不同。具体使用何种电极材料取决于钒电池电堆的设计。好的电极材料可提高钒电池的电流密度,而且对双极板的抗腐蚀有一定的保护作用。 这里的技术含量不算高,但各家需根据自己的钒电池堆的设计寻找和测试不同厂家的产品,需要一定的时间。 (3).双极板 双极板材料的要求很综合:耐腐蚀、面积、韧性、强度、导电性、价格。 钒电池常用的双极板是石墨板(包括硬石墨和软石墨两类)和导电塑料。虽然有很多人研究过金属复合双极板,但目前能用的还只有石墨板和导电塑料。 和电极材料一样,各家需根据自己的钒电池堆的设计寻找和测试不同厂家的产品,在对双极板的各种要求中取得一种平衡,需要一定的时间。特别是成本,双极板在目前的钒电池电堆的成本中占较大比重,是钒电池产业化必须重点解决的问题。 (4).电堆的流场设计 流场设计的好坏,对钒电池的性能有挺大影响,还可能对电堆寿命带来影响。 (5).密封技术 钒电池电堆密封技术比较重要的在于,要把几十片面积上千平方厘米甚至几千平方厘米的单片电池集成到一起,不发生任何泄漏。并且要保证在10年之内任何时间、任何场景下都不能漏。 2).电解液技术 在氧化还原流体电池里,能量是通过称为电解液的工作流体化学变化进行储存的,流体内所包含的可溶性物质可以通过电化学氧化或还原来储存能量。 电解液决定了钒电池的储电量,也是钒电池成本的重要组成部分。 电解液技术主要是配方,目标是提高功率密度、提高温度适应性等;二是如何用比较低的成本生产出合格的电解液来。 电解液配方的好坏会影响膜的寿命、电极的寿命、电池效率等。 电解液生产相关的技术关键在于原材料的来源,决定了电解液的生产成本;提纯目标和提纯工艺路线;环保问题等。 电解液的成本将会对钒电池的市场竞争力起到重要的影响作用。 3).控制技术 钒电池的控制系统对于钒电池长期稳定运行相当关键。包括:电解液的温度、流量,流量分配,充放电电压、电流等。相对于燃料电池的控制系统,钒电

全钒液流电池

全钒液流电池-全钒液流电池的技术组成 钒电池系统主要分3部分:电堆部分、电解液、控制系统,其中开发难点是电堆和电解液技术。 (1)电堆技术 电堆对储能系统的成本、功率、循环寿命、效率、维护等性能有很大的影响。电堆是提供电化学反应的场所,是实现储能系统电能和化学能相互转换的场所,是钒电池系统的核心部分。电堆研究开发重点是密封设计、流场设计、集流体的研究、隔膜的研究和电堆的集成等关键技术。 目前,集流体一般选用石墨板,石墨板具有导电性好、能够大电流充放电等优点,但是石墨板易刻蚀,尤其在过充的条件下,容易被电化学腐蚀,石墨板正极表面被腐蚀,形成凹坑,严重时被电化学腐蚀穿透,导致钒电池正、负极电解液串液,这严重影响了钒电池的使用寿命,同时石墨板价格贵、脆性大,这些缺点严重影响了石墨板在钒电池中的应用,导 电塑料代替钒电池中的石墨集流体正成为研究的热点,虽然导电塑料板的导电性能不如石墨板,但是它具有密度小,加工成型容易,成本低,适合大规模连续生产等特点,因此导电塑料集流体是未来研究发展的热点。 钒电池的隔膜一般选用Nafionl17,它具有电阻低、钒离子不能通过的特点,有良好的离子导电性和化学稳定性,有一定的机械强度,但是有部分透水,价格贵,隔膜成本占了整个电堆的60%一70%,因此隔膜的国产化和其它隔膜的改性处理是钒电池隔膜的发展方向和解决重点。 (2)电解液技术 电解液中不同杂质元素的含量对电解液的长期稳定性和充放电效率有影响,如某些杂质离子会导致电解液对温度敏感、产生沉淀、堵塞电堆管路等。因此,确定电解液的纯度并对关键杂质的含量进行控制是非常重要的。此外,还需要向电解液中加入某些适量的稳定剂,以提高电解液的长期稳定性、温度适应范围等。 (3)控制系统 控制系统主要包括充放电控制系统和泵循环系统。充电控制系统主要由直流变换模块和均流控制电路组成,将太阳能光伏发电系统发出的电转换成钒电池系统的化学能。放电控制系统是通过逆变器将钒电池输出的直流电转换成220V/50Hz的交流电,供用电系统使用。 目前,常用的充放电系统一般是跟铅酸蓄电池配套使用,不适合用作钒电池的充放电控制,需要做适应性改进,才能满足钒电池系统的使用要求。 泵循环系统主要包括泵的选择和循环管路设计。泵最好选用直流泵且耐酸腐蚀;循环管路设计要求密封性好,管路耐酸腐蚀。泵循环系统为钒电池提供基本的运行条件。

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